(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動回路と、
前記駆動回路からの駆動信号により振動する検出素子と、
前記検出素子から応答信号を抽出し出力する検出回路と、
前記応答信号から角速度センス信号を抽出し出力する信号処理回路と、
を備えた角速度センサであって、
前記検出素子は、
第１、第２の駆動電極と、
前記第１の駆動電極と前記第２の駆動電極との間に配置された圧電体と、
検出電極と、を有し、
前記駆動回路は、前記第１の駆動電極に第１の駆動信号を入力し、前記第２の駆動電極には前記第１の駆動信号に対し極性が反転した第２の駆動信号を入力し、
前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号との差動により前記検出素子を駆動し、
前記第１の駆動電極と前記検出電極との間において発生する第１の寄生容量と、前記第２の駆動電極と前記検出電極との間において発生する第２の寄生容量との大小関係に対し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号の振幅との大小関係が逆に設定される角速度センサ。
【請求項２】
前記駆動回路は、
前記第１の駆動電極に接続される第１の駆動回路と、
前記第２の駆動電極に接続される第２の駆動回路と、からなる、
請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項３】
前記第１の寄生容量と前記第２の寄生容量との比に対して、前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅との比が逆数に設定される請求項１に記載の角速度センサ。
【請求項４】
駆動回路と、
前記駆動回路からの駆動信号により振動する検出素子と、
前記検出素子から応答信号を抽出し出力する検出回路と、前記応答信号から角速度センス信号を抽出し出力する信号処理回路と、
を備えた角速度センサであって、
前記検出素子は、
前記駆動回路に第１の駆動信号経路によって接続される第１の駆動電極と、
前記駆動回路に第２の駆動信号経路によって接続される第２の駆動電極と、
前記第１の駆動電極と前記第２の駆動電極との間に配置された圧電体と、
前記検出回路に検出信号経路によって接続される検出電極と、有し、
前記第１の駆動電極には第１の駆動信号が前記駆動回路から入力され、
前記第２の駆動電極には前記第１の駆動信号に対し極性が反転した第２の駆動信号が前記駆動回路から入力され、
前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号との差動により前記検出素子を駆動し、
前記第１の駆動信号経路及び前記第１の駆動電極と、前記検出信号経路及び前記検出電極との間に発生する第１の寄生容量と、
前記第２の駆動信号経路及び前記第２の駆動電極と、前記検出信号経路及び前記検出電極との間に発生する第２の寄生容量との大小関係に対し、前記第１の駆動信号と前記第２の駆動信号の振幅との大小関係が逆に設定される角速度センサ。
【請求項５】
前記駆動回路は、
前記第１の駆動電極に接続される第１の駆動回路と、
前記第２の駆動電極に接続される第２の駆動回路と、からなる、
請求項４に記載の角速度センサ。
【請求項６】
前記第１の寄生容量と前記第２の寄生容量との比に対して、
前記第１の駆動信号の振幅と前記第２の駆動信号の振幅との比が逆数に設定される、
請求項４に記載の角速度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラやカーナビゲーション装置、車両制御等に用いられる角速度センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来の角速度センサの電気回路図である。図１０は、従来の角速度センサにおける第１、第２の駆動電極と、検出電極とを示す上面図である。【０００３】
従来この種の角速度センサは、図９に示すように、駆動回路１と、駆動回路１からの駆動信号により振動する検出素子２と、検出素子２の検出電極８から応答信号を抽出し出力する検出回路３とを備える。角速度センサは更に、応答信号から角速度センス信号を抽出し出力する信号処理回路４と、信号処理回路４からの角速度センス信号を出力する出力端子５Ａを有する出力回路５とを備える。検出素子２のモニタ電極９９にはモニタ回路９０が接続され、このモニタ回路９０からのモニタ信号が、駆動回路１における駆動信号の振幅制御や、信号処理回路４における検波に用いられる。【０００４】
検出素子２は、図１０に示すように、第１、第２の駆動電極６、７と検出電極８を有する。第１の駆動電極６には第１の駆動信号が駆動回路１から入力され、第２の駆動電極７には第１の駆動信号に対し極性が反転した第２の駆動信号が駆動回路１から入力されることにより検出素子２が振動する。【０００５】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。【０００６】
このような従来の角速度センサでは、角速度センス信号の検出精度が低いことが問題となっていた。すなわち、上記従来の構成においては、第１の駆動電極６と検出電極８との間の寄生容量９Ａ、及び第２の駆動電極７と検出電極８との間の寄生容量９Ｂの影響により、角速度センス信号においてノイズが発生する。その結果、角速度センス信号の検出精度が低くなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−２１０８６０号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の角速度センサは、第１の駆動電極と検出電極との間において発生する第１の寄生容量と、第２の駆動電極と検出電極との間において発生する第２の寄生容量との大小関係に対し、第１の駆動信号と第２の駆動信号の振幅との大小関係を逆に設定される。これにより、第１の寄生容量と第１の駆動信号の振幅との積と、第２の寄生容量と第２の駆動信号の振幅との積との差を小さくすることができる。第１の駆動電極と検出電極との間における容量結合によって発生するノイズ成分と、第２の駆動電極と検出電極との間における容量結合によって発生するノイズ成分とを効率よく相殺することができ、その結果として、角速度センス信号の検出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における角速度センサの電気回路図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態の角速度センサにおける第１、第２の駆動電極と、検出電極とを示す上面図である。
【図３】図３は、従来の角速度センサの駆動信号の一例を示す電圧波形図である。
【図４】図４は、従来の角速度センサに発生するノイズ成分の一例を示す電圧波形図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における角速度センサの駆動信号の一例を示す電圧波形図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態における角速度センサに発生するノイズ成分の一例を示す電圧波形図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態における角速度センサにおける電極配置の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態における角速度センサにおけるその他の電極配置の一例を示す断面図である。
【図９】図９は、従来の角速度センサの電気回路図である。
【図１０】図１０は、従来の角速度センサにおける第１、第２の駆動電極と、検出電極とを示す上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態）
以下、本発明に係わる実施の形態の角速度センサについて図面を参照しながら説明する。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態における角速度センサの電気回路図である。図２は、本発明の実施の形態の角速度センサにおける第１、第２の駆動電極と、検出電極とを示す上面図である。
【００１２】
角速度センサは、駆動回路１１と、駆動回路１１からの駆動信号により振動する検出素子１２と、検出素子１２の検出電極１８から応答信号を抽出し出力する検出回路１３とを備える。角速度センサは更に、応答信号から角速度センス信号を抽出し出力する信号処理回路１４と、信号処理回路１４からの角速度センス信号を出力する出力端子１５Ａを有する出力回路１５とを備える。検出素子１２のモニタ電極１９９にはモニタ回路１９が接続され、このモニタ回路１９からのモニタ信号が、駆動回路１１における駆動信号の振幅制御、あるいは信号処理回路１４の検波などに用いられる。
【００１３】
検出素子１２は、第１、第２の駆動電極１６、１７と、検出電極１８を有する。第１の駆動電極１６には第１の駆動信号が駆動回路１１から入力され、第２の駆動電極１７には第１の駆動信号に対し極性が反転した第２の駆動信号が駆動回路１１から入力されることにより検出素子１２が振動する。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態の角速度センサにおける第１、第２の駆動電極と、検出電極とを示す上面図である。図２に示すように、第１の駆動電極１６と検出電極１８との間において第１の寄生容量２０Ａが発生し、第２の駆動電極１７と検出電極１８との間において第２の寄生容量２０Ｂが発生し、第１の寄生容量２０Ａと第２の寄生容量２０Ｂとの大小関係が、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅との大小関係の逆となるよう設定されている。具体的には、第１の寄生容量２０Ａが第２の寄生容量２０Ｂよりも大きい場合には、第１の駆動信号の振幅を第２の駆動信号の振幅よりも小さくしている。このような構成により、角速度センス信号の検出精度を向上させることができる。
【００１５】
以下、角速度センス信号の駆動信号とノイズ信号との関係、検出精度を向上させる原理について説明する。
【００１６】
図３は、従来の角速度センサの駆動信号の一例を示す電圧波形図である。図４は、従来の角速度センサに発生するノイズ成分の一例を示す電圧波形図である。
【００１７】
従来の角速度センサでは、図３に示すように、第１の駆動電極１６に第１の駆動信号として交流電圧Ｄ＋を印加する。第２の駆動電極１７に第２の駆動信号として、第１の駆動信号と逆位相の交流電圧Ｄ−を印加する。交流電圧Ｄ＋の振幅ＡＤ＋と交流電圧Ｄ−の振幅ＡＤ−が等しく、且つ図２に示した寄生容量２０Ａが、例えば寄生容量２０Ｂの２倍の大きさを持つ場合を考える。
【００１８】
図４に示すように、第１の駆動電極１６と検出電極１８間における容量結合によって発生するノイズ成分２１の振幅Ａ１は、第２の駆動電極１７と検出電極１８間における容量結合によって発生するノイズ成分２２の振幅Ａ２の２倍となることがわかる。これは、電極間の容量結合によって発生するノイズ成分の振幅が、寄生容量の大きさと駆動信号の振幅との積に比例することによるものである。その結果として、ノイズ成分２１とノイズ成分２２との和で、振幅Ａ３を有するノイズ成分２３が発生し、角速度センス信号の検出精度を低下させてしまう原因になる。
【００１９】
図５は、本発明の実施の形態における角速度センサの駆動信号の一例を示す電圧波形図である。図６は、本発明の実施の形態における角速度センサに発生するノイズ成分の一例を示す電圧波形図である。
【００２０】
本実施の形態においては、第１の寄生容量２０Ａと第２の寄生容量２０Ｂとの大小関係が、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅との大小関係の逆となるよう設定している。具体的には、図２に示した第１の寄生容量２０Ａが例えば第２の寄生容量２０Ｂよりも大きい場合は、図５に示すように、第１の駆動電極１６に印加される第１の駆動信号としての交流電圧Ｄ＋の振幅ＡＤ＋を、第２の駆動電極１７に印加される第２の駆動信号としての交流電圧Ｄ−の振幅ＡＤ−よりも小さくしている。このような構成とすることにより、第１の寄生容量２０Ａと第１の駆動信号の振幅との積と、第２の寄生容量２０Ｂと第２の駆動信号の振幅との積との差を小さくすることができる。そのため、図６に示すように、第１の駆動電極１６と検出電極１８間における容量結合によって発生するノイズ成分２５と、第２の駆動電極と検出電極間における容量結合によって発生するノイズ成分２６とを効率よく相殺することができ、ノイズ成分２５とノイズ成分２６との和であるノイズ成分２８の振幅Ａ３が低減される。その結果として、角速度センス信号の検出精度を向上させることができる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、検出素子１２を角速度センサの構成要件としたが、検出素子１２を角速度センサの外部に出しても本発明を構成することが出来る。つまり、角速度センサの外部に設けた検出素子１２から出力を受け、駆動回路、検出回路、信号処理回路を備えることで、本発明のセンサ装置を構成することが出来る。
【００２２】
また、信号出力端子１５Ａを、信号処理回路１４の出力に接続し、出力回路１５をなくしても、本発明を構成できる。
【００２３】
さらに、より望ましい形態としては、第１の駆動電極１６と検出電極１８との間において発生する第１の寄生容量２０Ａと、第２の駆動電極１７と検出電極１８との間において発生する第２の寄生容量２０Ｂとの比に対して、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅との比が逆数となるように、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅とを設定しておく。具体的には、図２に示した第１の寄生容量２０Ａが例えば第２の寄生容量２０Ｂの２倍の大きさであるならば、図５に示すように、第１の駆動電極１６に印加される第１の駆動信号としての交流電圧Ｄ＋の振幅ＡＤ＋を、第２の駆動電極１７に印加される第２の駆動信号としての交流電圧Ｄ−の振幅ＡＤ−の２分の１とする。第１の寄生容量２０Ａと第１の駆動信号の振幅ＡＤ＋との積と、第２の寄生容量２０Ｂと第２の駆動信号の振幅ＡＤ−との積とを等しくすることができる。そのため、図６に示すように、第１の駆動電極１６と検出電極１８間における容量結合によって発生するノイズ成分２５と、第２の駆動電極と検出電極間における容量結合によって発生するノイズ成分２６とを相殺することができる。その結果として角速度センス信号の検出精度を更に向上させることができる。
【００２４】
なお、本実施の形態における角速度センサは、第１の駆動信号の振幅と、第２の駆動信号の振幅との比を適宜調整し、角速度センス信号におけるノイズが最小になる振幅に設定するものではない。第１の駆動電極１６と検出電極１８との間において発生する第１の寄生容量２０Ａと、第２の駆動電極１７と検出電極１８との間において発生する第２の寄生容量２０Ｂとの大小関係が、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅との大小関係の逆となるように、第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅とを設定している。これにより、直接的に第１、第２の駆動信号の振幅を設定することができ、上述した調整工程を設けることなく、生産性を高くして、高検出精度の角速度センサを提供することができる。
【００２５】
図７は、本発明の実施の形態における角速度センサにおける電極配置の一例を示す断面図である。電極配置としては、図７に示すように、圧電体３２の一方の面に第１の駆動電極１６、第２の駆動電極１７、検出電極１８を配置し、圧電体３２の他方の面に基準電位電極３１を配置する。上述したとおり、第１、第２の寄生容量の大小関係と第１、第２の駆動信号の振幅の大小関係とを逆にすることで本発明の効果を得ることができる。
【００２６】
ただし、その場合においては、第１の駆動電極１６に入力される第１の駆動信号の振幅と第２の駆動電極１７に入力される第２の駆動信号の振幅とが異なるため、圧電体３２において発生する歪量が場所によって不均一となる。その結果として検出素子１２に不要な振動が発生してしまう可能性がある。
【００２７】
図８は、本発明の実施の形態における角速度センサにおけるその他の電極配置の一例を示す断面図である。図８に示すように、基準電位電極を介さず、第１の駆動電極１６に入力される第１の駆動信号と、第２の駆動電極１７に入力される第２の駆動信号との差動により検出素子１２を駆動することにより、上述した不要な振動の発生を抑制することができる。即ち、図８のような構成においても、第１の駆動電極１６と検出電極１８との間には第１の寄生容量が発生し、第２の駆動電極１７と検出電極１８との間には第２の寄生容量が発生する。その際、それら第１、第２の寄生容量の大小関係と逆の大小関係となるよう第１の駆動信号の振幅と第２の駆動信号の振幅とを異なる大きさで設定する。図８の構成においては、駆動電極１６と基準電極（図８構成には存在せず）との電位差、及び駆動電極１７と基準電極（図８構成には存在せず）との電位差による駆動ではなく、駆動電極１６と駆動電極１７間の電位差（電圧）による駆動をしている。このため、第１の駆動信号と第２の駆動信号との差は一定であるから、圧電体３２において発生する歪量の不均一性は低減される。従って、上述した検出素子１２における不要な振動の発生を抑制することができる。
【００２８】
なお、寄生容量を考慮するに当たっては、上述したような第１、第２の駆動電極１６、１７と検出電極１８との間に発生する寄生容量のみならず、以下のようなものを考慮することが望ましい。
【００２９】
駆動回路１１と第１の駆動電極１６とが第１の駆動信号経路によって接続されおり、検出回路１３と検出電極１８とが検出信号経路によって接続されている場合、第１の駆動信号経路及び第１の駆動電極１６と、検出信号経路及び検出電極１８との間には第１の寄生容量が発生する。
【００３０】
また、駆動回路１１と第２の駆動電極１７とが第２の駆動信号経路によって接続されおり、検出回路１３と検出電極１８とが検出信号経路によって接続されている場合、第２の駆動信号経路及び第２の駆動電極１７と、検出信号経路及び検出電極１８との間には第２の寄生容量が発生する。
【００３１】
その場合においては、第１の寄生容量と第２の寄生容量との大小関係が第１の駆動信号と第２の駆動信号の振幅との大小関係の逆であるように設定することが望ましい。
【００３２】
なお、駆動回路１１は１つの駆動回路として説明したが、第１の駆動電極１６に接続される第１の駆動回路と、第２の駆動電極１７に接続される第２の駆動回路とを別個独立に設ける構成としても構わない。
【００３３】
また、図８に示した素子構造、電極配置は、本願を実現する一例であり、素子を駆動する駆動電極、駆動電圧が差動構成（正極性の駆動電圧と負極性の駆動電圧の電位差により駆動する構成）であれば同様の効果を得ることができる。
【００３４】
さらに、本発明において、寄生容量と駆動信号の振幅との大小関係、比などの設定は、専用のハードウェアによる制御手段で実現してもよいし、ソフトウェアによる制御を組み込んだLSI、演算装置等により実現しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の角速度センサは、角速度センス信号の検出精度を向上させることができるという効果を有し、デジタルカメラやカーナビゲーション装置、車両制御等において有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１１    駆動回路
１２    検出素子
１３    検出回路
１４    信号処理回路
１６    第１の駆動電極
１７    第２の駆動電極
１８    検出電極
１９    モニタ回路
２０Ａ    第１の寄生容量
２０Ｂ    第２の寄生容量
１９９    モニタ電極
【図１】
0005556806.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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